(57)【要約】  本発明に係る高周波ノイズ除去機能付き増幅器１００は、入力信号が入力される入力端子１０１と、基準電位に維持されるグランド端子１０２と、入力端子と接続された抵抗１１１と、抵抗を介して入力された入力信号を増幅して出力する増幅回路２０１と、増幅回路から出力される出力信号を出力する出力端子１０３と、を備え、増幅回路は、入力端子とは反対側の抵抗の一方の端子とグランド端子との間に接続されるように構成された寄生容量１１２を備え、抵抗と寄生容量とにより低域通過フィルタ１１３が構成されている。
2011086617.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号が入力される入力端子と、
基準電位に維持されるグランド端子と、
前記入力端子と一方の端子が接続された抵抗と、
前記抵抗を介して入力された前記入力信号を増幅して出力する増幅回路と、
前記増幅回路から出力される出力信号を出力する出力端子と、
を備え、
前記増幅回路は、前記抵抗の他方の端子と前記グランド端子との間に接続されるように存在する寄生容量を備え、
前記抵抗と前記寄生容量とにより低域通過フィルタが構成されている、高周波ノイズ除去機能付き増幅器。
【請求項２】
正のサージ保護ダイオードと負のサージ保護ダイオードとをさらに備え、
前記正のサージ保護ダイオードのアノード電極及び前記負のサージ保護ダイオードのカソード電極が、前記入力端子に接続されており、
前記正のサージ保護ダイオードのカソード電極及び前記負のサージ保護ダイオードのアノード電極が、前記グランド端子に接続されている、
請求項１に記載の高周波ノイズ除去機能付き増幅器。
【請求項３】
正のサージ保護ダイオードと負のサージ保護ダイオードとをさらに備え、
前記正のサージ保護ダイオードのアノード電極及び前記負のサージ保護ダイオードのカソード電極が、前記抵抗の他方の端子又は前記増幅回路の入力端子に接続されており、
前記正のサージ保護ダイオードのカソード電極及び前記負のサージ保護ダイオードのアノード電極が、前記グランド端子に接続されている、
請求項１に記載の高周波ノイズ除去機能付き増幅器。
【請求項４】
前記抵抗の抵抗値Ｒ及び前記寄生容量の容量値Ｃは、
ＲＣ≧１．６×１０−９  ・・・（式Ａ）
Ｃ≦３００[ｆＦ]  ・・・（式Ｂ）
Ｒ≦１０[ｋΩ]・・・（式Ｃ）
の全てを満たすように設定されている、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の高周波ノイズ除去機能付き増幅器。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の高周波ノイズ除去機能付き増幅器を備えたマイクロフォンモジュール。
【請求項６】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の高周波ノイズ除去機能付き増幅器を備えたセンサモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波ノイズ除去機能付き増幅器、マイクロフォンモジュール及びセンサモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高機能化や高性能化が進む携帯電話やノート型パソコン等の電子機器は、テレビ放送、ラジオ放送又はレーダーなどの電磁波や、電子機器が自身の機能に基づいて動作して意図せずに発生する電磁波等といった、様々な高周波ノイズに常にさらされる環境で使用されている。このため、高周波ノイズが電子機器の外部端子へと回り込み易く、例えば可聴帯域のノイズを引き起こし、電子機器自体のノイズ特性の悪化を招くことが懸念されている。そこで、電子機器に対して高周波ノイズのケアが重要な課題となっており、特に大抵の電子機器に搭載されている各種のモジュールの中でも高周波ノイズを除去するための対策が求められている。【０００３】
以下では、図１１を用いて特許文献１に記載の高周波ノイズ対策が施されたモジュールを説明する。なお、図１１は、従来のセンサモジュールの構成を示す回路図である。【０００４】
図１１に示すセンサモジュール５００は、入力端子５０１と、グランド端子５０２と、出力端子５０３と、電源端子５０４と、増幅回路２０２と、第１の抵抗２１１と、第１のコンデンサ２１２と、第２の抵抗２１３と、第２のコンデンサ２１４とを備えている。【０００５】
増幅回路２０２の出力端子は第１のコンデンサ２１２の一方の端子と第１の抵抗２１１とに接続されている。第１のコンデンサ２１２の他方の端子はグランド端子５０２に接続され、第１の抵抗２１１の他方の端子は出力端子５０３に接続されている。【０００６】
これらの構成により、増幅回路２０２の出力端子に対して、第１のコンデンサ２１２と第１の抵抗２１１とによる低域通過フィルタが実現されている。出力端子５０３に高周波ノイズが入力された場合、第１のコンデンサ２１２と第１の抵抗２１１とから構成される低域通過フィルタによって当該高周波ノイズが減衰されるので、増幅回路２０２への当該高周波ノイズの侵入を防ぐことができる。【０００７】
第２の抵抗２１３の他方の端子は第２のコンデンサ２１４と増幅回路２０２の電源端子とに接続されている。第２のコンデンサ２１４の他方の端子はグランド端子５０２に接続されている。グランド端子５０２は増幅回路２０２のグランド端子に接続されている。【０００８】
これらの構成により、電源端子５０４に対して、第２の抵抗２１３と第２のコンデンサ２１４とによる低域通過フィルタが実現されている。電源端子５０４に高周波ノイズが入力された場合、第２の抵抗２１３と第２のコンデンサ２１４から構成される低域通過フィルタによって高周波ノイズが減衰されるので、増幅回路２０２の電源端子への高周波ノイズの侵入を防ぐことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平８−１８４４６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
図１１に示したような高周波ノイズ対策が施されたモジュールにおいて、電源端子及び出力端子側には高周波ノイズ対策が施されているが、入力端子側には高周波ノイズ対策が何ら施されていない。このため、入力端子に高周波ノイズが入力されると、モジュールの内部へと当該高周波ノイズが侵入してしまい、モジュールの出力端子から出力される出力信号のノイズ特性を悪化させることになる。従って、モジュールの入力端子側にも何らかの高周波ノイズ対策を施す必要がある。【００１１】
そこで、図１１に示されたように、電源端子側及び出力端子側それぞれに構成された低域通過フィルタを入力端子側にも構成すべく、入力端子に単純に高周波ノイズ除去用コンデンサを接続すると、高周波ノイズのみならず入力信号についても当該高周波ノイズ除去用コンデンサの方に流れて減衰されてしまい、モジュールが仕様どおりの機能を発揮できない可能性がある。特に、入力信号が微小電圧である場合、入力信号の減衰は極力避ける必要がある。【００１２】
本発明は、上記のような従来の課題を解決するためになされたものであり、入力端子側に高周波ノイズ対策が適切に施された高周波ノイズ除去機能付き増幅器、マイクロフォンモジュール及びセンサモジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明に係る高周波ノイズ除去機能付き増幅器は、入力信号が入力される入力端子と、基準電位に維持されるグランド端子と、前記入力端子と一方の端子が接続された抵抗と、前記抵抗を介して入力された前記入力信号を増幅して出力する増幅回路と、前記増幅回路から出力される出力信号を出力する出力端子と、を備え、前記増幅回路は、前記抵抗の他方の端子と前記グランド端子との間に接続されるように存在する寄生容量を備え、前記抵抗と前記寄生容量とにより低域通過フィルタが構成されている、ものである。【００１４】
この構成によれば、増幅回路内に存在する寄生容量を有効利用して、入力端子と増幅回路との間に抵抗を設けるだけで、該寄生容量と該抵抗とによる低域通過フィルタを構成することができ、該低域通過フィルタによって入力端子に入力された入力信号に重畳される高周波ノイズを除去することができる。【００１５】
上記の高周波ノイズ除去機能付き増幅器において、正のサージ保護ダイオードと負のサージ保護ダイオードとをさらに備え、前記正のサージ保護ダイオードのアノード電極及び前記負のサージ保護ダイオードのカソード電極が、前記入力端子に接続されており、前記正のサージ保護ダイオードのカソード電極及び前記負のサージ保護ダイオードのアノード電極が、前記グランド端子に接続されている、としてもよい。【００１６】
この構成によれば、低域通過フィルタを構成するために設けられた抵抗、ひいては増幅回路を、正のサージ電圧又は負のサージ電圧から保護することができる。
上記の高周波ノイズ除去機能付き増幅器において、正のサージ保護ダイオードと負のサージ保護ダイオードとをさらに備え、前記正のサージ保護ダイオードのアノード電極及び前記負のサージ保護ダイオードのカソード電極が、前記抵抗の他方の端子又は前記増幅回路の入力端子に接続されており、前記正のサージ保護ダイオードのカソード電極及び前記負のサージ保護ダイオードのアノード電極が、前記グランド端子に接続されている、としてもよい。【００１７】
この構成によれば、増幅回路を正のサージ電圧又は負のサージ電圧から保護することができる。また、所望のカットオフ周波数を実現するために必要な寄生容量の容量値が不足する場合には、正のサージ保護ダイオード及び負のサージ保護ダイオードの各容量値を有効利用することができる。【００１８】
上記の高周波ノイズ除去機能付き増幅器において、前記抵抗の抵抗値Ｒ及び前記寄生容量の容量値Ｃは、
ＲＣ≧１．６×１０−９  ・・・（式Ａ）
Ｃ≦３００[ｆＦ]  ・・・（式Ｂ）
Ｒ≦１０[ｋΩ]・・・（式Ｃ）
の全てを満たすように設定されている、としてもよい。【００１９】
この構成によれば、抵抗による熱雑音を抑制しかつ寄生容量を利用してＧＨｚ帯域の高周波ノイズを減衰させるために必要なカットオフ周波数を持った低域通過フィルタを実現できる。【００２０】
上記目的を達成するために、その他の本発明に係るマイクロフォンモジュールは、上記の高周波ノイズ除去機能付き増幅器を備えたものである。【００２１】
上記目的を達成するために、更にその他の本発明に係るセンサモジュールは、上記の高周波ノイズ除去機能付き増幅器を備えたものである。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は本発明の第１の実施の形態に係る高周波ノイズ除去機能付き増幅器の構成を示す回路図である。
【図２】図２は本発明の第１の実施の形態に係る高周波ノイズ除去機能付き増幅器内部の寄生容量を利用することを説明するための図である。
【図３】図３は本発明の第１の実施の形態に係る高周波ノイズ除去機能付き増幅器内部の寄生容量の一例を示した図である。
【図４】図４はＧＨｚ帯域の高周波ノイズを減衰させるために低域通過フィルタのカットオフ周波数として必要な範囲を説明するためのグラフである。
【図５】図５はＧＨｚ帯域の高周波ノイズを減衰させるために必要な抵抗の抵抗値と寄生容量の容量値との関係を説明するためのグラフである。
【図６】図６は振幅変調信号として模擬された１[ＧＨｚ]の高周波ノイズに対応した低域通過フィルタ及び増幅回路の構成例を示した図である。
【図７】図７は図１に示した高周波ノイズ除去機能付き増幅器の主要信号の波形例を示した図である。
【図８】図８は本発明の第２の実施の形態に係る高周波ノイズ除去機能付き増幅器の構成を示す回路図である。
【図９】図９は本発明の第３の実施の形態に係る高周波ノイズ除去機能付き増幅器の構成を示す回路図である。
【図１０】図１０は本発明の第４の実施の形態に係る高周波ノイズ除去機能付き増幅器を用いて構成されたマイクロフォンモジュールの構成を示した図である。
【図１１】図１１は従来の高周波ノイズ対策が施されたモジュールの構成を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。
【００２４】
（第１の実施の形態）
[高周波ノイズ除去機能付き増幅器の構成]
図１は本発明の第１の実施の形態に係る高周波ノイズ除去機能付き増幅器の構成を示す回路図である。
【００２５】
図１に示す高周波ノイズ除去機能付き増幅器１００は、例えば、エレクトレットコンデンサマイクロフォン等の容量性のマイクロフォン素子を備えたマイクロフォンをモジュール化したマイクロフォンモジュールや、加速度センサや圧力センサ等の静電容量型センサをモジュール化したセンサモジュールの入力段に組み込まれるプリアンプＩＣ（Integrated Circuit）である。なお、以下では、マイクロフォンモジュールのプリアンプＩＣを例に挙げて説明する。
【００２６】
高周波ノイズ除去機能付き増幅器１００は、入力端子１０１と、グランド端子１０２と、電源端子としても用いられる出力端子１０３と、抵抗１１１と、増幅回路２０１と、を備えた半導体製造プロセスの集積回路、又はエレクトレット素子を含めて集積化したＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）チップとして構成されている。増幅回路２０１内部の信号伝送路上には寄生容量１１２が潜在的に存在する。
【００２７】
入力端子１０１は、抵抗１１１の一方の端子に接続されている。抵抗１１１の他方の端子は、増幅回路２０１の入力端子と寄生容量１１２の一方の端（導体）に接続され、増幅回路２０１の出力端子は出力端子１０３に接続されている。また、増幅回路２０１のグランド端子はグランド端子１０２と接続されている。寄生容量１１２の他方の端（導体）はグランド端子１０２に接続されている。
【００２８】
上記の構成の中で、抵抗１１１と寄生容量１１２とによって低域通過フィルタ１１３が構成されており、この低域通過フィルタ１１３によって入力端子１０１に入力された高周波ノイズを減衰する機能が実現されている。なお、低域通過フィルタ１１３は、高周波ノイズよりも極めて低い帯域である音声帯域（例えば、２０[Ｈｚ]〜２０[ｋＨｚ]）の入力信号は実質的に減衰させずに通過させるように構成されている。
【００２９】
抵抗１１１は、低域通過フィルタ１１３として必要な抵抗値を得るため、増幅器１００内で潜在的に存在する配線抵抗ではなく、別途作り込んだ抵抗で実現する。具体的には、ディスクリート品としての抵抗器や、トランジスタの不純物拡散層（ソース電極やドレイン電極等）の拡散抵抗等により実現する。
【００３０】
ところで、図１１に示されたように、電源端子側及び出力端子側それぞれに構成された低域通過フィルタを入力端子１０１側に構成する高周波対策を考える。この場合、入力端子１０１の外側又は内側に高周波ノイズを除去するための高周波ノイズ除去用コンデンサを接続することになるが、高周波かつ微小電圧の入力信号が入力端子１０１に入力されると、増幅回路２０１にとってハイインピーダンス入力の状態となってしまう。そして、ハイインピーダンス入力の状態では、高周波ノイズのみならず、入力信号までも大きく減衰する。
【００３１】
例えば、高周波ノイズ除去機能付き増幅器１００がマイクロフォンモジュール向けのプリアンプＩＣの場合には、図２に示されるように、入力端子１０１に容量性のエレクトレット素子３０１が接続されて使用される。エレクトレット素子３０１の容量値は、図中に３[ｐＦ」と例示されてあるように、数[ｐＦ（ピコ（１０の−１２乗）ファラッド）]オーダと非常に小さい。このため、入力端子１０２の外側又は内部に、エレクトレット素子３０１の容量値と同程度の数[ｐＦ]オーダの高周波ノイズ除去用コンデンサが接続されてしまうと、入力端子１０１に接続されるエレクトレット素子３０１の容量値との容量比によって、高周波ノイズ除去機能付き増幅器１００に入力された入力信号のレベルが単純に約１／２にまで減衰される。これでは、マイクロフォンモジュールとしての機能を果たさなくなる。
【００３２】
従って、高周波ノイズ除去用コンデンサとして必要な容量値は、エレクトレット素子３０１の容量値と比べて非常に小さいオーダ、具体的には数[ｆＦ（フェムト（１０の−１５乗）ファラッド）]オーダであれば十分であるといえる。そこで、高周波ノイズ除去用コンデンサを別途設けるのではなく、増幅回路２０１の内部に潜在的に存在する数[ｆＦ]オーダの寄生容量１１２を有効活用して、低域通過フィルタ１１３を形成することとした。
【００３３】
なお、寄生容量１１２は、図３に示されるように、増幅回路２０１の信号伝送路に存在するＭＯＳトランジスタ１１４の寄生容量（ゲート−ソース間容量、ゲート−ドレイン間容量）や、当該信号伝送路の配線容量等を利用できる。
【００３４】
[低域通過フィルタのパラメータ設定（設計）例]
以下では、図４、図５を用いて、低域通過フィルタ１１３のパラメータ設定（設計）例を説明する。なお、図４は、Ｇ（ギガ（１０の９乗））Ｈｚ帯域の高周波ノイズを減衰させるために低域通過フィルタ１１３のカットオフ周波数として必要な範囲を説明するためのグラフである。図５は、ＧＨｚ帯域の高周波ノイズを減衰させるために必要な抵抗１１１の抵抗値Ｒと寄生容量１１２の容量値Ｃとの関係を説明するためのグラフである。
【００３５】
まず、図４に示すグラフにより、ＧＨｚ帯域の高周波ノイズを約１／１０に相当する−２０[ｄＢ]減衰させるためには、カットオフ周波数ｆｃは１００[Ｍ（メガ（１０の６乗））Ｈｚ]以下であればよいことが分かる。なお、音声帯域は約２０[Ｈｚ]〜２０[ｋＨｚ]であるため、カットオフ周波数ｆｃが１００[ＭＨｚ]以下であれば、音声帯域の入力信号を減衰させずに通過させることができる。
【００３６】
なお、低域通過フィルタ１１３のカットオフ周波数ｆｃは、一般的に次式によって表現される。
【００３７】
ｆｃ＝１／（２×π×Ｒ×Ｃ）・・・（式１）
従って、カットオフ周波数ｆｃを１００[ＭＨｚ]以下とするためには、低域通過フィルタ１１３の時定数ＲＣが次式を満たすように、抵抗１１１の抵抗値Ｒと寄生容量１１２の容量値Ｃとを設定する必要がある。
【００３８】
ＲＣ≧１．６×１０−９  ・・・（式２）
ここで、図３に示されるように、入力端子１０１に容量性のエレクトレット素子３０１が接続される場合、エレクトレット素子３０１の容量値をＣｍと表すと、増幅回路２０１の入力部における信号減衰量は「Ｃｍ／（Ｃｍ＋Ｃ）」倍となる。ここで、一般的なエレクトレット素子３０１の容量値Ｃｍを３[ｐＦ]とすると、信号レベルを確保する上で、増幅回路２０１の入力部における信号減衰量を１／１０以下とするためには、寄生容量１１２の容量値Ｃは次式を満たす必要がある。
【００３９】
Ｃ≦３００[ｆＦ]  ・・・（式３）
一方、入力端子１０１付近に挿入された抵抗１１１において生じる熱雑音は、増幅回路２０１によって増幅されて出力端子１０３からノイズとして出力されることになる。なお、抵抗１１１において生じる熱雑音はその抵抗値Ｒに比例する。また、マイクロフォンモジュールに要求されるノイズ特性は、一般的に−８０[ｄＢ]以下の低ノイズ特性である。このため、この低ノイズ特性を確保する上で、抵抗１１１の抵抗値Ｒは次式を満たす必要がある。
【００４０】
Ｒ≦１０[ｋΩ]・・・（式４）
以上より、図５に示される（式２）乃至（式４）の全てを満足する解空間の範囲内（実線のハッチング箇所）で、抵抗１１１の抵抗値Ｒと寄生容量１１２の容量値Ｃとを設定すればよい。
[高周波ノイズ除去の例]
以下では、図６、図７を用いて、図１に示した高周波ノイズ除去機能付き増幅器１００による高周波ノイズ除去の例を説明する。なお、図６は、振幅変調信号として模擬された１[ＧＨｚ]の高周波ノイズに対応した低域通過フィルタ１１３及び増幅回路２０１の構成例を示した図である。図７は、図１に示した高周波ノイズ除去機能付き増幅器１００の主要信号の波形例を示した図である。
【００４１】
図６（ａ）に示されるように、低域通過フィルタ１１３は、抵抗１１１の抵抗値Ｒを１０［ＫΩ］、寄生容量１１２の容量値Ｃを１５０［ｆＦ］として構成される。なお、これらの数値は、上記の（式２）乃至（式４）の全てを満足するものである。この場合、低域通過フィルタ１１３のカットオフ周波数ｆｃは、次式のとおり１００[ＭＨｚ]となる。
【００４２】
ｆｃ＝１／（２π×１０［ＫΩ］×１５０［ｆＦ］）
＝１００［ＭＨｚ］・・・（式５）
上記のように設計された低域通過フィルタ１１３は、１[ＧＨｚ]の高周波ノイズを１／１０（−２０ｄＢ）に減衰することができる。
【００４３】
図６（ｂ）に示されるように、増幅回路２０１は、１ＧＨｚの高周波ノイズを模擬した後述の振幅変調信号を復調するために、振幅復調回路（同調回路）を備えている場合とする。同図に示されるように、入力がダイオード１１６のアノード電極に接続され、ダイオード１１６のカソード電極が容量成分１１８と抵抗成分１１７と増幅回路２０１の出力とに接続されて構成されている。
【００４４】
図７（ａ）は、１[ＧＨｚ]の高周波ノイズを模擬した振幅変調信号の波形例を示した図である。同図に示されるように、信号周波数は１[ＫＨｚ]、搬送周波数は１[ＧＨｚ]、信号振幅は２０[ｍＶｐｐ]（−４３[ｄＢＶ]）、かつ変調度は５０[％]とする。
【００４５】
図７（ｂ）は、図７（ａ）に示した振幅変調信号が入力された場合での、図６（ａ）に示した低域通過フィルタ１１３の出力波形例を示した図である。同図に示されるように、振幅変調信号の信号振幅は、２０[ｍＶｐｐ]（−４３[ｄＢＶ]）から２[ｍＶｐｐ]（−６３[ｄＢＶ]）にまで減衰されている。
【００４６】
図７（ｃ）は、図７（ａ）に示した振幅変調信号が入力された場合での、図６（ｂ）に示した増幅回路２０１の出力波形例を示した図である。同図に示されるように、増幅回路２０１の出力波形は、信号振幅が０．５[ｍＶｐｐ]（−７５[ｄＢＶ]）、かつ信号周波数が１[ＫＨｚ]の波形となっている。
【００４７】
このように、高周波ノイズを模擬した振幅変調信号が入力端子１０１に入力され、かつ増幅回路２０１の内部において振幅復調回路のような構成が存在した場合、出力端子１０３から高周波ノイズが音声帯域の周波数成分に変調された信号が出力されることになる。従って、高周波ノイズの影響を軽減させ、かつ十分なオーディオ特性を確保するためには、本発明のように、入力端子１０１側に、高周波ノイズの振幅成分を十分に減衰させる高周波ノイズ対策を施すことが必要である。
（第２の実施の形態）
図８は本発明の第２の実施の形態に係る高周波ノイズ除去機能付き増幅器の構成を示す回路図である。
【００４８】
図１に示した高周波ノイズ除去機能付き増幅器１００の構成と相違する点は、抵抗１１１を入力端子１０１に印加されるサージ電圧から保護する為、入力端子１０１と抵抗１１１との間の信号伝送路に、正のサージ保護ダイオード１２１と負のサージ保護ダイオード１２２とが接続されている点である。
【００４９】
入力端子１０１は正のサージ保護ダイオード１２１のアノード電極と負のサージ保護ダイオード１２２のカソード電極と抵抗１１１の一方の端子とに接続されている。抵抗１１１の他方の端子は増幅回路２０１の入力端子と接続され、増幅回路２０１の出力端子は出力端子１０３に接続されている。寄生容量１１２の他方の端はグランド端子１０２に接続され、グランド端子１０２は正のサージ保護ダイオード１２１のカソード電極と負のサージ保護ダイオード１２２のアノード電極に接続されている。
【００５０】
グランド端子１０２を基準として、正のサージ電圧が入力端子１０１に印加された場合には、正のサージ保護ダイオード１２１を介して、サージ電流をグランド端子１０２へと逃がすことができる。一方、グランド端子１０２を基準として、負のサージ電圧が入力端子１０１に印加された場合には、負のサージ保護ダイオード１２２を介して、サージ電流をグランド端子１０２から入力端子１０１へ逃がすことができる。このように、入力端子１０１と抵抗１１１との間に、正のサージ保護ダイオード１２１と負のサージ保護ダイオード１２２とが設けられることで、抵抗１１１を入力端子１０１に印加されるサージ電圧から保護することができる。
（第３の実施の形態）
図９は本発明の第３の実施の形態に係る高周波ノイズ除去機能付き増幅器の構成を示す回路図である。
【００５１】
図２に示した高周波ノイズ除去機能付き増幅器１００の構成と相違する点は、抵抗１１１の位置を、正のサージ保護ダイオード１２１及び負のサージ保護ダイオード１２２よりも入力端子１０１に近い側に変えた点である。換言すると、抵抗１１１と増幅回路２０１との間の信号伝送路に、正のサージ保護ダイオード１２１及び負のサージ保護ダイオード１２２が接続されている点である。
【００５２】
抵抗１１１の抵抗値Ｒと寄生容量１１２の容量値Ｃとは上記式（２）が成立する必要がある。なお、抵抗１１１の抵抗値Ｒを大きくすると熱雑音が発生しやすくなるため、寄生容量Ｃを大きくする必要がある。そこで、抵抗１１１の位置を変えたことによって、低域通過フィルタ１１３を実現するために必要な容量値として、正のサージ保護ダイオード１２１及び負のサージ保護ダイオード１２２の容量値を有効利用することができる。換言すると、寄生容量１１２の容量値Ｃが不足する場合には、正のサージ保護ダイオード１２１及び負のサージ保護ダイオード１２２の容量値で補うことができる。
（第４の実施の形態）
図１０は本発明の第４の実施の形態に係る高周波ノイズ除去機能付き増幅器を用いて構成されたマイクロフォンモジュールの構成を示した図である。
【００５３】
図１０に示すマイクロフォンモジュール３００は、モジュール基板３０４内に集積化された高周波ノイズ除去機能付き増幅器１００を実装するとともに、エレクトレット素子３０１を高周波ノイズ除去機能付き増幅器１００の入力端子１０１と抵抗１１１を介して接続されるように外付けして構成されている。つまり、抵抗１１１は、高周波ノイズ除去機能付き増幅器１００の外部に設けられている。また、モジュール基板３０４のグランド端子３０２は、高周波ノイズ除去機能付き増幅器１００のグランド端子１０２と接続され、モジュール基板３０４の出力端子３０３は、高周波ノイズ除去機能付き増幅器１００の出力端子１０３と接続されている。
【００５４】
上記の構成により、エレクトレット素子５０１に対して高周波ノイズが入力された場合、抵抗１１１と高周波ノイズ除去機能付き増幅器１００に潜在的に存在する寄生容量１１２とから構成された低域通過フィルタ１１３によって高周波ノイズが減衰され、増幅回路２０１の内部に高周波ノイズが侵入することを防ぐことができる。このようにモジュール基板３０４上に設置された抵抗と高周波ノイズ除去機能付き増幅器１００内部の寄生容量１１２とによって構成される低域通過フィルタ１１３によって、高周波ノイズ除去対策がなされたマイクロフォンモジュールを実現できる。
【００５５】
なお、図１０に示されるマイクロフォンモジュール３００の構成の他に、図１、図８、又は図９に示した高周波ノイズ除去機能付き増幅器１００を備えたマイクロフォンモジュールであってもよい。また、図１、図８、図９、又は図１０に示した高周波ノイズ除去機能付き増幅器１００を、加速度センサや圧力センサ等の静電容量型センサとともにモジュール化したセンサモジュールであってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明は、マイクロフォンモジュールやセンサモジュールの入力段に組み込まれるプリアンプＩＣにとって有用である。
【符号の説明】
【００５７】
１００…高周波ノイズ除去機能付き増幅器
１０１…入力端子
１０２…グランド端子
１０３…出力端子
１１１…抵抗
１１２…寄生容量
１１３…低域通過フィルタ
１１４…ＭＯＳトランジスタ
１１６…ダイオード
１１７…抵抗成分
１１８…容量成分
１２１…正のサージ保護ダイオード
１２２…負のサージ保護ダイオード
２０１…増幅回路
３００…マイクロフォンモジュール
３０１…エレクトレット素子
３０２…グランド端子
３０３…出力端子
３０４…モジュール基板
【図１】
2011086617.tif 000003
【図２】
2011086617.tif 000004
【図３】
2011086617.tif 000005
【図４】
2011086617.tif 000006
【図５】
2011086617.tif 000007
【図６】
2011086617.tif 000008
【図７】
2011086617.tif 000009
【図８】
2011086617.tif 000010
【図９】
2011086617.tif 000011
【図１０】
2011086617.tif 000012
【図１１】
2011086617.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成23年1月18日(2011.1.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波ノイズ除去機能付き増幅器、マイクロフォンモジュール及びセンサモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高機能化や高性能化が進む携帯電話やノート型パソコン等の電子機器は、テレビ放送、ラジオ放送又はレーダーなどの電磁波や、電子機器が自身の機能に基づいて動作して意図せずに発生する電磁波等といった、様々な高周波ノイズに常にさらされる環境で使用されている。このため、高周波ノイズが電子機器の外部端子へと回り込み易く、例えば可聴帯域のノイズを引き起こし、電子機器自体のノイズ特性の悪化を招くことが懸念されている。そこで、電子機器に対して高周波ノイズのケアが重要な課題となっており、特に大抵の電子機器に搭載されている各種のモジュールの中でも高周波ノイズを除去するための対策が求められている。
【０００３】
以下では、図１１を用いて特許文献１に記載の高周波ノイズ対策が施されたモジュールを説明する。なお、図１１は、従来のセンサモジュールの構成を示す回路図である。
【０００４】
図１１に示すセンサモジュール５００は、入力端子５０１と、グランド端子５０２と、出力端子５０３と、電源端子５０４と、増幅回路２０２と、第１の抵抗２１１と、第１のコンデンサ２１２と、第２の抵抗２１３と、第２のコンデンサ２１４とを備えている。
【０００５】
増幅回路２０２の出力端子は第１のコンデンサ２１２の一方の端子と第１の抵抗２１１とに接続されている。第１のコンデンサ２１２の他方の端子はグランド端子５０２に接続され、第１の抵抗２１１の他方の端子は出力端子５０３に接続されている。
【０００６】
これらの構成により、増幅回路２０２の出力端子に対して、第１のコンデンサ２１２と第１の抵抗２１１とによる低域通過フィルタが実現されている。出力端子５０３に高周波ノイズが入力された場合、第１のコンデンサ２１２と第１の抵抗２１１とから構成される低域通過フィルタによって当該高周波ノイズが減衰されるので、増幅回路２０２への当該高周波ノイズの侵入を防ぐことができる。
【０００７】
第２の抵抗２１３の他方の端子は第２のコンデンサ２１４と増幅回路２０２の電源端子とに接続されている。第２のコンデンサ２１４の他方の端子はグランド端子５０２に接続されている。グランド端子５０２は増幅回路２０２のグランド端子に接続されている。
【０００８】
これらの構成により、電源端子５０４に対して、第２の抵抗２１３と第２のコンデンサ２１４とによる低域通過フィルタが実現されている。電源端子５０４に高周波ノイズが入力された場合、第２の抵抗２１３と第２のコンデンサ２１４から構成される低域通過フィルタによって高周波ノイズが減衰されるので、増幅回路２０２の電源端子への高周波ノイズの侵入を防ぐことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平８−１８４４６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
図１１に示したような高周波ノイズ対策が施されたモジュールにおいて、電源端子及び出力端子側には高周波ノイズ対策が施されているが、入力端子側には高周波ノイズ対策が何ら施されていない。このため、入力端子に高周波ノイズが入力されると、モジュールの内部へと当該高周波ノイズが侵入してしまい、モジュールの出力端子から出力される出力信号のノイズ特性を悪化させることになる。従って、モジュールの入力端子側にも何らかの高周波ノイズ対策を施す必要がある。
【００１１】
そこで、図１１に示されたように、電源端子側及び出力端子側それぞれに構成された低域通過フィルタを入力端子側にも構成すべく、入力端子に単純に高周波ノイズ除去用コンデンサを接続すると、高周波ノイズのみならず入力信号についても当該高周波ノイズ除去用コンデンサの方に流れて減衰されてしまい、モジュールが仕様どおりの機能を発揮できない可能性がある。特に、入力信号が微小電圧である場合、入力信号の減衰は極力避ける必要がある。
【００１２】
本発明は、上記のような従来の課題を解決するためになされたものであり、入力端子側に高周波ノイズ対策が適切に施された高周波ノイズ除去機能付き増幅器、マイクロフォンモジュール及びセンサモジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明に係る高周波ノイズ除去機能付き増幅器は、入力信号が入力される入力端子と、基準電位に維持されるグランド端子と、前記入力端子と一方の端子が接続された抵抗と、前記抵抗を介して入力された前記入力信号を増幅して出力する増幅回路と、前記増幅回路から出力される出力信号を出力する出力端子と、を備え、前記増幅回路は、前記抵抗の他方の端子と前記グランド端子との間に接続されるように存在する寄生容量を備え、前記抵抗と前記寄生容量とにより低域通過フィルタが構成されている、ものである。
【００１４】
この構成によれば、増幅回路内に存在する寄生容量を有効利用して、入力端子と増幅回路との間に抵抗を設けるだけで、該寄生容量と該抵抗とによる低域通過フィルタを構成することができ、該低域通過フィルタによって入力端子に入力された入力信号に重畳される高周波ノイズを除去することができる。
【００１５】
上記の高周波ノイズ除去機能付き増幅器において、正のサージ保護ダイオードと負のサージ保護ダイオードとをさらに備え、前記正のサージ保護ダイオードのアノード電極及び前記負のサージ保護ダイオードのカソード電極が、前記入力端子に接続されており、前記正のサージ保護ダイオードのカソード電極及び前記負のサージ保護ダイオードのアノード電極が、前記グランド端子に接続されている、としてもよい。
【００１６】
この構成によれば、低域通過フィルタを構成するために設けられた抵抗、ひいては増幅回路を、正のサージ電圧又は負のサージ電圧から保護することができる。
上記の高周波ノイズ除去機能付き増幅器において、正のサージ保護ダイオードと負のサージ保護ダイオードとをさらに備え、前記正のサージ保護ダイオードのアノード電極及び前記負のサージ保護ダイオードのカソード電極が、前記抵抗の他方の端子又は前記増幅回路の入力端子に接続されており、前記正のサージ保護ダイオードのカソード電極及び前記負のサージ保護ダイオードのアノード電極が、前記グランド端子に接続されている、としてもよい。
【００１７】
この構成によれば、増幅回路を正のサージ電圧又は負のサージ電圧から保護することができる。また、所望のカットオフ周波数を実現するために必要な寄生容量の容量値が不足する場合には、正のサージ保護ダイオード及び負のサージ保護ダイオードの各容量値を有効利用することができる。
【００１８】
上記の高周波ノイズ除去機能付き増幅器において、前記抵抗の抵抗値Ｒ及び前記寄生容量の容量値Ｃは、
ＲＣ≧１．６×１０−９  ・・・（式Ａ）
Ｃ≦３００[ｆＦ]  ・・・（式Ｂ）
Ｒ≦１０[ｋΩ]・・・（式Ｃ）
の全てを満たすように設定されている、としてもよい。
【００１９】
この構成によれば、抵抗による熱雑音を抑制しかつ寄生容量を利用してＧＨｚ帯域の高周波ノイズを減衰させるために必要なカットオフ周波数を持った低域通過フィルタを実現できる。
【００２０】
上記目的を達成するために、その他の本発明に係るマイクロフォンモジュールは、上記の高周波ノイズ除去機能付き増幅器を備えたものである。
【００２１】
上記目的を達成するために、更にその他の本発明に係るセンサモジュールは、上記の高周波ノイズ除去機能付き増幅器を備えたものである。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は本発明の第１の実施の形態に係る高周波ノイズ除去機能付き増幅器の構成を示す回路図である。
【図２】図２は本発明の第１の実施の形態に係る高周波ノイズ除去機能付き増幅器内部の寄生容量を利用することを説明するための図である。
【図３】図３は本発明の第１の実施の形態に係る高周波ノイズ除去機能付き増幅器内部の寄生容量の一例を示した図である。
【図４】図４はＧＨｚ帯域の高周波ノイズを減衰させるために低域通過フィルタのカットオフ周波数として必要な範囲を説明するためのグラフである。
【図５】図５はＧＨｚ帯域の高周波ノイズを減衰させるために必要な抵抗の抵抗値と寄生容量の容量値との関係を説明するためのグラフである。
【図６】図６は振幅変調信号として模擬された１[ＧＨｚ]の高周波ノイズに対応した低域通過フィルタ及び増幅回路の構成例を示した図である。
【図７】図７は図１に示した高周波ノイズ除去機能付き増幅器の主要信号の波形例を示した図である。
【図８】図８は本発明の第２の実施の形態に係る高周波ノイズ除去機能付き増幅器の構成を示す回路図である。
【図９】図９は本発明の第３の実施の形態に係る高周波ノイズ除去機能付き増幅器の構成を示す回路図である。
【図１０】図１０は本発明の第４の実施の形態に係る高周波ノイズ除去機能付き増幅器を用いて構成されたマイクロフォンモジュールの構成を示した図である。
【図１１】図１１は従来の高周波ノイズ対策が施されたモジュールの構成を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。
【００２４】
（第１の実施の形態）
[高周波ノイズ除去機能付き増幅器の構成]
図１は本発明の第１の実施の形態に係る高周波ノイズ除去機能付き増幅器の構成を示す回路図である。
【００２５】
図１に示す高周波ノイズ除去機能付き増幅器１００は、例えば、エレクトレットコンデンサマイクロフォン等の容量性のマイクロフォン素子を備えたマイクロフォンをモジュール化したマイクロフォンモジュールや、加速度センサや圧力センサ等の静電容量型センサをモジュール化したセンサモジュールの入力段に組み込まれるプリアンプＩＣ（Integrated Circuit）である。なお、以下では、マイクロフォンモジュールのプリアンプＩＣを例に挙げて説明する。
【００２６】
高周波ノイズ除去機能付き増幅器１００は、入力端子１０１と、グランド端子１０２と、電源端子としても用いられる出力端子１０３と、抵抗１１１と、増幅回路２０１と、を備えた半導体製造プロセスの集積回路、又はエレクトレット素子を含めて集積化したＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）チップとして構成されている。増幅回路２０１内部の信号伝送路上には寄生容量１１２が潜在的に存在する。
【００２７】
入力端子１０１は、抵抗１１１の一方の端子に接続されている。抵抗１１１の他方の端子は、増幅回路２０１の入力端子と寄生容量１１２の一方の端（導体）に接続され、増幅回路２０１の出力端子は出力端子１０３に接続されている。また、増幅回路２０１のグランド端子はグランド端子１０２と接続されている。寄生容量１１２の他方の端（導体）はグランド端子１０２に接続されている。
【００２８】
上記の構成の中で、抵抗１１１と寄生容量１１２とによって低域通過フィルタ１１３が構成されており、この低域通過フィルタ１１３によって入力端子１０１に入力された高周波ノイズを減衰する機能が実現されている。なお、低域通過フィルタ１１３は、高周波ノイズよりも極めて低い帯域である音声帯域（例えば、２０[Ｈｚ]〜２０[ｋＨｚ]）の入力信号は実質的に減衰させずに通過させるように構成されている。
【００２９】
抵抗１１１は、低域通過フィルタ１１３として必要な抵抗値を得るため、増幅器１００内で潜在的に存在する配線抵抗ではなく、別途作り込んだ抵抗で実現する。具体的には、ディスクリート品としての抵抗器や、トランジスタの不純物拡散層（ソース電極やドレイン電極等）の拡散抵抗等により実現する。
【００３０】
ところで、図１１に示されたように、電源端子側及び出力端子側それぞれに構成された低域通過フィルタを入力端子１０１側に構成する高周波対策を考える。この場合、入力端子１０１の外側又は内側に高周波ノイズを除去するための高周波ノイズ除去用コンデンサを接続することになるが、高周波かつ微小電圧の入力信号が入力端子１０１に入力されると、増幅回路２０１にとってハイインピーダンス入力の状態となってしまう。そして、ハイインピーダンス入力の状態では、高周波ノイズのみならず、入力信号までも大きく減衰する。
【００３１】
例えば、高周波ノイズ除去機能付き増幅器１００がマイクロフォンモジュール向けのプリアンプＩＣの場合には、図２に示されるように、入力端子１０１に容量性のエレクトレット素子３０１が接続されて使用される。エレクトレット素子３０１の容量値は、図中に３[ｐＦ」と例示されてあるように、数[ｐＦ（ピコ（１０の−１２乗）ファラッド）]オーダと非常に小さい。このため、入力端子１０２の外側又は内部に、エレクトレット素子３０１の容量値と同程度の数[ｐＦ]オーダの高周波ノイズ除去用コンデンサが接続されてしまうと、入力端子１０１に接続されるエレクトレット素子３０１の容量値との容量比によって、高周波ノイズ除去機能付き増幅器１００に入力された入力信号のレベルが単純に約１／２にまで減衰される。これでは、マイクロフォンモジュールとしての機能を果たさなくなる。
【００３２】
従って、高周波ノイズ除去用コンデンサとして必要な容量値は、エレクトレット素子３０１の容量値と比べて非常に小さいオーダ、具体的には数[ｆＦ（フェムト（１０の−１５乗）ファラッド）]オーダであれば十分であるといえる。そこで、高周波ノイズ除去用コンデンサを別途設けるのではなく、増幅回路２０１の内部に潜在的に存在する数[ｆＦ]オーダの寄生容量１１２を有効活用して、低域通過フィルタ１１３を形成することとした。
【００３３】
なお、寄生容量１１２は、図３に示されるように、増幅回路２０１の信号伝送路に存在するＭＯＳトランジスタ１１４の寄生容量（ゲート−ソース間容量、ゲート−ドレイン間容量）や、当該信号伝送路の配線容量等を利用できる。
【００３４】
[低域通過フィルタのパラメータ設定（設計）例]
以下では、図４、図５を用いて、低域通過フィルタ１１３のパラメータ設定（設計）例を説明する。なお、図４は、Ｇ（ギガ（１０の９乗））Ｈｚ帯域の高周波ノイズを減衰させるために低域通過フィルタ１１３のカットオフ周波数として必要な範囲を説明するためのグラフである。図５は、ＧＨｚ帯域の高周波ノイズを減衰させるために必要な抵抗１１１の抵抗値Ｒと寄生容量１１２の容量値Ｃとの関係を説明するためのグラフである。
【００３５】
まず、図４に示すグラフにより、ＧＨｚ帯域の高周波ノイズを約１／１０に相当する−２０[ｄＢ]減衰させるためには、カットオフ周波数ｆｃは１００[Ｍ（メガ（１０の６乗））Ｈｚ]以下であればよいことが分かる。なお、音声帯域は約２０[Ｈｚ]〜２０[ｋＨｚ]であるため、カットオフ周波数ｆｃが１００[ＭＨｚ]以下であれば、音声帯域の入力信号を減衰させずに通過させることができる。
【００３６】
なお、低域通過フィルタ１１３のカットオフ周波数ｆｃは、一般的に次式によって表現される。
【００３７】
ｆｃ＝１／（２×π×Ｒ×Ｃ）・・・（式１）
従って、カットオフ周波数ｆｃを１００[ＭＨｚ]以下とするためには、低域通過フィルタ１１３の時定数ＲＣが次式を満たすように、抵抗１１１の抵抗値Ｒと寄生容量１１２の容量値Ｃとを設定する必要がある。
【００３８】
ＲＣ≧１．６×１０−９  ・・・（式２）
ここで、図３に示されるように、入力端子１０１に容量性のエレクトレット素子３０１が接続される場合、エレクトレット素子３０１の容量値をＣｍと表すと、増幅回路２０１の入力部における信号減衰量は「Ｃｍ／（Ｃｍ＋Ｃ）」倍となる。ここで、一般的なエレクトレット素子３０１の容量値Ｃｍを３[ｐＦ]とすると、信号レベルを確保する上で、増幅回路２０１の入力部における信号減衰量を１／１０以下とするためには、寄生容量１１２の容量値Ｃは次式を満たす必要がある。
【００３９】
Ｃ≦３００[ｆＦ]  ・・・（式３）
一方、入力端子１０１付近に挿入された抵抗１１１において生じる熱雑音は、増幅回路２０１によって増幅されて出力端子１０３からノイズとして出力されることになる。なお、抵抗１１１において生じる熱雑音はその抵抗値Ｒに比例する。また、マイクロフォンモジュールに要求されるノイズ特性は、一般的に−８０[ｄＢ]以下の低ノイズ特性である。このため、この低ノイズ特性を確保する上で、抵抗１１１の抵抗値Ｒは次式を満たす必要がある。
【００４０】
Ｒ≦１０[ｋΩ]・・・（式４）
以上より、図５に示される（式２）乃至（式４）の全てを満足する解空間の範囲内（実線のハッチング箇所）で、抵抗１１１の抵抗値Ｒと寄生容量１１２の容量値Ｃとを設定すればよい。
[高周波ノイズ除去の例]
以下では、図６、図７を用いて、図１に示した高周波ノイズ除去機能付き増幅器１００による高周波ノイズ除去の例を説明する。なお、図６は、振幅変調信号として模擬された１[ＧＨｚ]の高周波ノイズに対応した低域通過フィルタ１１３及び増幅回路２０１の構成例を示した図である。図７は、図１に示した高周波ノイズ除去機能付き増幅器１００の主要信号の波形例を示した図である。
【００４１】
図６（ａ）に示されるように、低域通過フィルタ１１３は、抵抗１１１の抵抗値Ｒを１０［ＫΩ］、寄生容量１１２の容量値Ｃを１５０［ｆＦ］として構成される。なお、これらの数値は、上記の（式２）乃至（式４）の全てを満足するものである。この場合、低域通過フィルタ１１３のカットオフ周波数ｆｃは、次式のとおり１００[ＭＨｚ]となる。
【００４２】
ｆｃ＝１／（２π×１０［ＫΩ］×１５０［ｆＦ］）
＝１００［ＭＨｚ］・・・（式５）
上記のように設計された低域通過フィルタ１１３は、１[ＧＨｚ]の高周波ノイズを１／１０（−２０ｄＢ）に減衰することができる。
【００４３】
図６（ｂ）に示されるように、増幅回路２０１は、１ＧＨｚの高周波ノイズを模擬した後述の振幅変調信号を復調するために、振幅復調回路（同調回路）を備えている場合とする。同図に示されるように、入力がダイオード１１６のアノード電極に接続され、ダイオード１１６のカソード電極が容量成分１１８と抵抗成分１１７と増幅回路２０１の出力とに接続されて構成されている。
【００４４】
図７（ａ）は、１[ＧＨｚ]の高周波ノイズを模擬した振幅変調信号の波形例を示した図である。同図に示されるように、信号周波数は１[ＫＨｚ]、搬送周波数は１[ＧＨｚ]、信号振幅は２０[ｍＶｐｐ]（−４３[ｄＢＶ]）、かつ変調度は５０[％]とする。
【００４５】
図７（ｂ）は、図７（ａ）に示した振幅変調信号が入力された場合での、図６（ａ）に示した低域通過フィルタ１１３の出力波形例を示した図である。同図に示されるように、振幅変調信号の信号振幅は、２０[ｍＶｐｐ]（−４３[ｄＢＶ]）から２[ｍＶｐｐ]（−６３[ｄＢＶ]）にまで減衰されている。
【００４６】
図７（ｃ）は、図７（ａ）に示した振幅変調信号が入力された場合での、図６（ｂ）に示した増幅回路２０１の出力波形例を示した図である。同図に示されるように、増幅回路２０１の出力波形は、信号振幅が０．５[ｍＶｐｐ]（−７５[ｄＢＶ]）、かつ信号周波数が１[ＫＨｚ]の波形となっている。
【００４７】
このように、高周波ノイズを模擬した振幅変調信号が入力端子１０１に入力され、かつ増幅回路２０１の内部において振幅復調回路のような構成が存在した場合、出力端子１０３から高周波ノイズが音声帯域の周波数成分に変調された信号が出力されることになる。従って、高周波ノイズの影響を軽減させ、かつ十分なオーディオ特性を確保するためには、本発明のように、入力端子１０１側に、高周波ノイズの振幅成分を十分に減衰させる高周波ノイズ対策を施すことが必要である。
（第２の実施の形態）
図８は本発明の第２の実施の形態に係る高周波ノイズ除去機能付き増幅器の構成を示す回路図である。
【００４８】
図１に示した高周波ノイズ除去機能付き増幅器１００の構成と相違する点は、抵抗１１１を入力端子１０１に印加されるサージ電圧から保護する為、入力端子１０１と抵抗１１１との間の信号伝送路に、正のサージ保護ダイオード１２１と負のサージ保護ダイオード１２２とが接続されている点である。
【００４９】
入力端子１０１は正のサージ保護ダイオード１２１のアノード電極と負のサージ保護ダイオード１２２のカソード電極と抵抗１１１の一方の端子とに接続されている。抵抗１１１の他方の端子は増幅回路２０１の入力端子と接続され、増幅回路２０１の出力端子は出力端子１０３に接続されている。寄生容量１１２の他方の端はグランド端子１０２に接続され、グランド端子１０２は正のサージ保護ダイオード１２１のカソード電極と負のサージ保護ダイオード１２２のアノード電極に接続されている。
【００５０】
グランド端子１０２を基準として、正のサージ電圧が入力端子１０１に印加された場合には、正のサージ保護ダイオード１２１を介して、サージ電流をグランド端子１０２へと逃がすことができる。一方、グランド端子１０２を基準として、負のサージ電圧が入力端子１０１に印加された場合には、負のサージ保護ダイオード１２２を介して、サージ電流をグランド端子１０２から入力端子１０１へ逃がすことができる。このように、入力端子１０１と抵抗１１１との間に、正のサージ保護ダイオード１２１と負のサージ保護ダイオード１２２とが設けられることで、抵抗１１１を入力端子１０１に印加されるサージ電圧から保護することができる。
（第３の実施の形態）
図９は本発明の第３の実施の形態に係る高周波ノイズ除去機能付き増幅器の構成を示す回路図である。
【００５１】
図２に示した高周波ノイズ除去機能付き増幅器１００の構成と相違する点は、抵抗１１１の位置を、正のサージ保護ダイオード１２１及び負のサージ保護ダイオード１２２よりも入力端子１０１に近い側に変えた点である。換言すると、抵抗１１１と増幅回路２０１との間の信号伝送路に、正のサージ保護ダイオード１２１及び負のサージ保護ダイオード１２２が接続されている点である。
【００５２】
抵抗１１１の抵抗値Ｒと寄生容量１１２の容量値Ｃとは上記式（２）が成立する必要がある。なお、抵抗１１１の抵抗値Ｒを大きくすると熱雑音が発生しやすくなるため、寄生容量Ｃを大きくする必要がある。そこで、抵抗１１１の位置を変えたことによって、低域通過フィルタ１１３を実現するために必要な容量値として、正のサージ保護ダイオード１２１及び負のサージ保護ダイオード１２２の容量値を有効利用することができる。換言すると、寄生容量１１２の容量値Ｃが不足する場合には、正のサージ保護ダイオード１２１及び負のサージ保護ダイオード１２２の容量値で補うことができる。
（第４の実施の形態）
図１０は本発明の第４の実施の形態に係る高周波ノイズ除去機能付き増幅器を用いて構成されたマイクロフォンモジュールの構成を示した図である。
【００５３】
図１０に示すマイクロフォンモジュール３００は、モジュール基板３０４内に集積化された高周波ノイズ除去機能付き増幅器１００を実装するとともに、エレクトレット素子３０１を高周波ノイズ除去機能付き増幅器１００の入力端子１０１と抵抗１１１を介して接続されるように外付けして構成されている。つまり、抵抗１１１は、高周波ノイズ除去機能付き増幅器１００の外部に設けられている。また、モジュール基板３０４のグランド端子３０２は、高周波ノイズ除去機能付き増幅器１００のグランド端子１０２と接続され、モジュール基板３０４の出力端子３０３は、高周波ノイズ除去機能付き増幅器１００の出力端子１０３と接続されている。
【００５４】
上記の構成により、エレクトレット素子５０１に対して高周波ノイズが入力された場合、抵抗１１１と高周波ノイズ除去機能付き増幅器１００に潜在的に存在する寄生容量１１２とから構成された低域通過フィルタ１１３によって高周波ノイズが減衰され、増幅回路２０１の内部に高周波ノイズが侵入することを防ぐことができる。このようにモジュール基板３０４上に設置された抵抗と高周波ノイズ除去機能付き増幅器１００内部の寄生容量１１２とによって構成される低域通過フィルタ１１３によって、高周波ノイズ除去対策がなされたマイクロフォンモジュールを実現できる。
【００５５】
なお、図１０に示されるマイクロフォンモジュール３００の構成の他に、図１、図８、又は図９に示した高周波ノイズ除去機能付き増幅器１００を備えたマイクロフォンモジュールであってもよい。また、図１、図８、図９、又は図１０に示した高周波ノイズ除去機能付き増幅器１００を、加速度センサや圧力センサ等の静電容量型センサとともにモジュール化したセンサモジュールであってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明は、マイクロフォンモジュールやセンサモジュールの入力段に組み込まれるプリアンプＩＣにとって有用である。
【符号の説明】
【００５７】
１００…高周波ノイズ除去機能付き増幅器
１０１…入力端子
１０２…グランド端子
１０３…出力端子
１１１…抵抗
１１２…寄生容量
１１３…低域通過フィルタ
１１４…ＭＯＳトランジスタ
１１６…ダイオード
１１７…抵抗成分
１１８…容量成分
１２１…正のサージ保護ダイオード
１２２…負のサージ保護ダイオード
２０１…増幅回路
３００…マイクロフォンモジュール
３０１…エレクトレット素子
３０２…グランド端子
３０３…出力端子
３０４…モジュール基板
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号が入力される入力端子と、
基準電位に維持されるグランド端子と、
前記入力端子と一方の端子が接続された抵抗と、
前記抵抗を介して入力された前記入力信号を増幅して出力する増幅回路と、
前記増幅回路から出力される出力信号を出力する出力端子と、
を備え、
前記増幅回路は、前記抵抗の他方の端子と前記グランド端子との間に接続されるように存在する寄生容量を備え、
前記抵抗と前記寄生容量とにより低域通過フィルタが構成されている、高周波ノイズ除去機能付き増幅器。
【請求項２】
正のサージ保護ダイオードと負のサージ保護ダイオードとをさらに備え、
前記正のサージ保護ダイオードのアノード電極及び前記負のサージ保護ダイオードのカソード電極が、前記入力端子に接続されており、
前記正のサージ保護ダイオードのカソード電極及び前記負のサージ保護ダイオードのアノード電極が、前記グランド端子に接続されている、
請求項１に記載の高周波ノイズ除去機能付き増幅器。
【請求項３】
正のサージ保護ダイオードと負のサージ保護ダイオードとをさらに備え、
前記正のサージ保護ダイオードのアノード電極及び前記負のサージ保護ダイオードのカソード電極が、前記抵抗の他方の端子又は前記増幅回路の入力端子に接続されており、
前記正のサージ保護ダイオードのカソード電極及び前記負のサージ保護ダイオードのアノード電極が、前記グランド端子に接続されている、
請求項１に記載の高周波ノイズ除去機能付き増幅器。
【請求項４】
前記抵抗の抵抗値Ｒ及び前記寄生容量の容量値Ｃは、
ＲＣ≧１．６×１０−９  ・・・（式Ａ）
Ｃ≦３００[ｆＦ]  ・・・（式Ｂ）
Ｒ≦１０[ｋΩ]・・・（式Ｃ）
の全てを満たすように設定されている、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の高周波ノイズ除去機能付き増幅器。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の高周波ノイズ除去機能付き増幅器を備えたマイクロフォンモジュール。
【請求項６】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の高周波ノイズ除去機能付き増幅器を備えたセンサモジュール。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2011086617.tif 000014
【図２】
2011086617.tif 000015
【図３】
2011086617.tif 000016
【図４】
2011086617.tif 000017
【図５】
2011086617.tif 000018
【図６】
2011086617.tif 000019
【図７】
2011086617.tif 000020
【図８】
2011086617.tif 000021
【図９】
2011086617.tif 000022
【図１０】
2011086617.tif 000023
【図１１】
2011086617.tif 000024
【手続補正書】
【提出日】平成23年1月19日(2011.1.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号が入力される入力端子と、
基準電位に維持されるグランド端子と、
前記入力端子と一方の端子が接続された抵抗と、
前記抵抗を介して入力された前記入力信号を増幅して出力する増幅回路と、
前記増幅回路から出力される出力信号を出力する出力端子と、
を備え、
前記増幅回路は、前記抵抗の他方の端子と前記グランド端子との間に接続されるように存在する寄生容量を備え、
前記抵抗と前記寄生容量とにより低域通過フィルタが構成され、
前記抵抗の抵抗値Ｒ及び前記寄生容量の容量値Ｃは、
ＲＣ≧１．６×１０−９  ・・・（式Ａ）
Ｃ≦３００[ｆＦ]  ・・・（式Ｂ）
Ｒ≦１０[ｋΩ]・・・（式Ｃ）
の全てを満たすように設定されている、高周波ノイズ除去機能付き増幅器。
【請求項２】
正のサージ保護ダイオードと負のサージ保護ダイオードとをさらに備え、
前記正のサージ保護ダイオードのアノード電極及び前記負のサージ保護ダイオードのカソード電極が、前記入力端子に接続されており、
前記正のサージ保護ダイオードのカソード電極及び前記負のサージ保護ダイオードのアノード電極が、前記グランド端子に接続されている、
請求項１に記載の高周波ノイズ除去機能付き増幅器。
【請求項３】
正のサージ保護ダイオードと負のサージ保護ダイオードとをさらに備え、
前記正のサージ保護ダイオードのアノード電極及び前記負のサージ保護ダイオードのカソード電極が、前記抵抗の他方の端子又は前記増幅回路の入力端子に接続されており、
前記正のサージ保護ダイオードのカソード電極及び前記負のサージ保護ダイオードのアノード電極が、前記グランド端子に接続されている、
請求項１に記載の高周波ノイズ除去機能付き増幅器。
【請求項４】
請求項１に記載の高周波ノイズ除去機能付き増幅器を備えたマイクロフォンモジュール。
【請求項５】
請求項１に記載の高周波ノイズ除去機能付き増幅器を備えたセンサモジュール。
【国際調査報告】
2011086617.tif 000025
2011086617.tif 000026
2011086617.tif 000027
2011086617.tif 000028